區域農業抗旱減災能力影響因素及指標模型構建

翟曉雁

摘要：為了對區域農業災害進行防控，分析了山東省旱災相關影響因素，通過旱災影響因素構建旱災預警模型，并對各因素耦合關系進行分析，最后將構建的農業旱災綜合評估模型應用于具體農業生產環境。結果表明，不同農業區域在抗旱減災能力上存在明顯差異，農業旱災綜合評估排名前3的城市為煙臺市、日照市、青島市，農業旱災綜合評估值分別為2.90、2.87、2.86。山東省經濟發達區域集中在沿海地區，這些地區有充足的技術、物資、人才及財政支持，農業抗旱減災能力強。而對于雨水貧瘠、經濟較弱區域，農業抗旱減災能力較差，集中在德州市、濟寧市、東營市等地區。由此可見，要提升這些地區抗旱減災能力，需要從財政投入、農業技術、應急管理等方面入手，確保地區農業的科學化發展。

關鍵詞：區域；農業抗旱減災能力；模型構建；旱災影響因素

中圖分類號：S422? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）04-0174-05

Construction of influencing factors and indicator models for regional agricultural drought resistance and disaster reduction capacity

Abstract： In order to prevent and control regional agricultural disasters， the influencing factors of drought were analyzed in Shandong Province. A drought warning model was constructed based on the influencing factors of drought， and the coupling relationship of various factors was analyzed. Finally， the constructed agricultural drought comprehensive evaluation model was applied to specific agricultural production environments. The results indicated that there were significant differences in drought resistance and disaster reduction capacity among different agricultural regions. The top three cities in the comprehensive assessment of agricultural drought were Yantai， Rizhao， and Qingdao， with comprehensive assessment values of 2.90， 2.87， and 2.86， respectively. The economically developed regions of Shandong Province were concentrated in coastal areas， which had sufficient technological， material， talent， and financial support， and strong agricultural drought resistance and disaster reduction capacity. For areas with poor rainfall and weak economy， agricultural drought resistance and disaster reduction capacity were relatively poor， concentrated in areas such as Dezhou City， Jining City， and Dongying City. It could be seen that in order to enhance the drought resistance and disaster reduction capabilities of these regions， it was necessary to start from financial investment， agricultural technology， emergency management， and other aspects to ensure the scientific development of regional agriculture.

Key words： region； agricultural drought resistance and disaster reduction capacity； model construction； influencing factors of drought

現代農業發展中合理有效的農業防災減災措施對農業發展有重要作用。尤其是在全球氣溫變暖趨勢下，中國旱災發生頻率較高，旱災已經成為阻礙中國農業發展的主要因素［1］。2020年中國因旱災影響的農業面積為8.4×104 km2，總計造成186億元的農業經濟損失［2］。山東省作為中國最主要的糧食生產大省之一，應注重農業生產減災，加強農業風險預警與評估，有效避免農業區域災害問題發生，提升農業經濟產值［3］。

區域農業減災能力評價是衡量農業區域減災能力的重要指標，是區域農業防災、抗災，提升農業生產能力的重要手段。在減災能力評估中，通過有效的農業減災能力評價為區域農業規劃提供災害預防意見［4］。當前中國對自然災害風險評估還沒有統一的標準，但在災害風險中都會考慮諸多危害性因素，包括脆弱性、暴露性、危險性及減災能力等［5］。通過相對災害因素的評估分析，構建現代農業預警模型，為山東省區域農業生產與農業減災提供重要決策依據。

1 農業旱災因素耦合關系研究

在現代農業發展中農業抗旱能力是人類對農業旱災防控能力的統稱，影響農業抗旱能力因素有很多，既包括了自然災害因素，也包括了農業生產因素［6］。農業抗旱能力與農業旱災風險、抗旱措施密切關聯。因此，要全面分析農業抗旱減災能力，需要分析農業旱災因素耦合關系，并從耦合關系尋找各因素之間的影響路徑，以便更好地研究農業抗旱減災能力［7］。因此，引入解釋結構模型（Interpretative structural modeling，ISM）來解釋旱災的復雜機理，以便更好地把握防控與風險之間的耦合關聯，如圖1所示［8］。

解釋結構模型的構建需要明確抗旱減災能力相關影響因素，包括脆弱性（B1）、暴露性（B2）、危險性預防能力（B3）、資源保障（B4）、管理能力（B5）、生產技術（B6），構建因素集（B），如式（1）所示。

[B=B1，B2，B3，B4，B5，B6]? ? ? （1）

根據農業專家的指導意見，參考相關文獻數據［9］，開展必要性農業實踐調查活動。為了更好地討論6個因素之間的關系構建因素集鄰接矩陣，如式（2）所示。

式中，[aij]為因素集鄰接矩陣中[Bj]因素與[Bi]因素邏輯值。

通過式（2）可得到可達矩陣，如表1所示。

將可達矩陣中各因素之間的作用關系進行歸納劃分，得到分層集，包括了因素集合及第一層可達集合。根據遞階層次劃分規則得到最高層級因素矩陣，對各層級重新組織得到新建的可達矩陣，如表2所示。

根據各層級影響因素導入新建的可達矩陣，便可得到最后的“支撐力-壓力”耦合關系解釋模型。根據模型結果得到農業抗旱因素與農業旱害風險的影響路徑關系。同時對農業旱害風險與旱災防控能力進行研究，從而明確區域農業抗旱減災能力。

2 區域農業旱災預警模型構建與評估

2.1 農業旱災風險指標體系構建

農業旱災風險指標體系的構建需要符合可行性、科學性、代表性要求。同時在自然旱害風險理論基礎上合理建立農業旱災風險指標體系，如圖2所示［10］。

致災因子選取參考文獻［11］的致災危險性因子理論，包括水文、氣象2個因素。暴露性主要參考承載體的暴露情況，農業生產區域內農業經濟密度可以反映災害發生時承載體脅迫值，脅迫值越大代表該農業區域暴露性越高［12］，在干旱脅迫下，農業經濟密度與經濟損失成反比關系，同時，將地區農業經濟總產值與所在區域農業面積的比值作為經濟暴露指標。暴露比的計算公式［13］如下。

[LS]=G總產值/S農業? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中，[LS]表示作物暴露比；G總產值為地區農業經濟總產值；S農業為區域農業面積。

雨養農業是指單純依靠自然降水來從事農業生產活動。地區雨養農業占比越高，該區域受到干旱脅迫的自然影響越大。將主要區域雨養農業面積與農作物面積的比值作為脆弱性指標，雨養占比的計算公式［14］如下。

YL=S雨養/S農作物? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中，YL為雨養占比；S雨養為區域雨養農業面積；S農作物區域農作物面積。

2.2 農業抗旱能力指標體系構建

農業抗旱指標體系的構建要滿足可行性、科學性、完整性、動態性要求，如圖3所示。

農業預防能力包括蓄水工程調蓄率、耕地灌溉率，其中耕地灌溉率代表地區農業水資源豐度，也代表地區農業對地表水資源的利用效果；農業生產技術能力要考慮節水灌溉率、單位耕地灌水量。在資源保障能力中，政府的財政投入、農民收入決定農業抗旱救災效果。應急管理能力則主要考慮地區單位耕地人數、耕地機和電井數量。

2.3 區域農業旱災綜合評估模型構建

區域農業災害綜合評估方法有很多，考慮到旱災風險與農業抗旱能力均屬于復雜的非線性系統，并避免主觀因素對綜合評價的影響［15］，本研究在文獻［16］提到的綜合模型評估基礎上進行改進，實現對農業旱災風險綜合性評估。山東省各地區抗旱能力指標權重計算公式如下。

式中，wj為指標j的權重；[vj]為指標j變異系數，用來描述指標j的數據信息，[vj]越大說明評價指標j在各評價中的差異越大；[hj]采用來評價指標j的獨立性，值越大說明指標信息越多；[qj]表示綜合度系數；[rij]表示評價指標i與指標j之間的絕對值；m為評價指標個數。

農業旱災風險評估模型的計算公式如下。

[R2=ρ2（h，e，v）] （7）

式中，[R2]表示農業旱災風險指標；[ρ2]表示農業旱災風險函數；[h]表示致災因子危害性參數；[e]表示暴露性參數；[v]表示環境脆弱性參數。

農業抗旱能力評估模型的計算公式如下。

[R1=ρ1（c1，c2，c3，c4）] （8）

式中，[R1]表示農業抗旱能力指標；[ρ1]表示農業抗旱能力函數；c1、c2、c3、c4分別表示應急管理能力、資源保障能力、生產技術能力、預防能力。

本研究建立了農業旱災風險指標體系與抗旱能力指標體系，每個評價因素均可以作為單獨的評價對象，通過多個風險評估系統構成最終的綜合評價模型［17］。農業旱災綜合評估模型計算公式如下。

式中，[R]表示農業旱災綜合風險值；[η]表示災害發生率；[-kn]表示致災因素相關參數，其中[n>0]，[kn>0]。

3 實證分析

3.1 研究數據基本信息

山東省作為中國農業大省，改革開放的40多年來一直是中國現代農業發展的代表。山東省是各種蔬菜、水果、棉花、小麥、玉米、水稻的主要產區。小麥、玉米主要分布于菏澤市、德州市、聊城市、濟南市、青島市等；蔬菜主要分布于淄博市、濟寧市等；水果主要分布于煙臺市、青島市、臨沂市等。山東省有明確的農業種植劃分，農業產品主要銷往京津唐等地區［18，19］。圖4為山東省各城市的位置分布。

在地理位置上，山東省位于中國東部沿海地區，屬于溫帶季風性氣候，四季分明。同時，山東省平均氣溫維持在13 ℃左右，非常適合農作物生長。山東省包含陸地和半島，半島突出于渤海、黃海之中，不僅農業資源豐富，而且海洋資源也豐富。山東省的總面積為15.79萬km2，地質特征主要以丘陵及平原為主，盆地與平原占總面積的62.7%，丘陵占總面積的13.2%，山地占總面積的15.5%。寬廣的土地資源為山東省農業資源的發展創造了良好基礎。由于受氣候環境因素影響，山東省農業每年的干旱災害位居全國前列，尤其是山東省的黃淮海區域，每年有大量農作物受到干旱因素影響，導致農業經濟出現重大損失［20，21］。每年山東省各地區均會出現不同程度的旱災。1998—2015年山東省每年受災面積達256.5萬hm2，每年因旱災造成的農業經濟損失達60億元。旱災已經成為影響山東省農業發展的重要因素，需要采取必要應對措施。

3.2 農業旱災風險與抗旱能力分析

3.2.1 農業旱災風險評估 選取山東省主要的糧食產區進行研究，對各市的旱害風險進行歸一化處理，構建多指標綜合評價數據模型，得到農業旱災風險評估值。

不同城市的旱害風險與地區農業種植類型、災害等級劃分密切關聯。山東省農業在發展中應參考不同地區旱災風險等級，合理選擇經濟作物類型，采取針對性的農業風險干預措施。風險等級較低的城市為日照市、威海市，這些城市與海鄰近，年均降水量較多；而風險等級較高的城市為聊城市、德州市，這些城市主要以平原鹽堿地為主，年均降水量較少，發生干旱風險的概率高于其他城市（圖5）。

3.2.2 農業抗旱能力評估 由圖6可知，山東省農業抗旱能力指標包括地方財政投入、節水灌溉率、蓄水工程蓄水率、農民收入、農機動力系數、耕地灌溉率、旱澇保收率、糧食耗水率。其中地方財政投入權重最高，為18.6%、其次為蓄水工程蓄水率，為16.5%。加大地方財政抗旱投入、增加地區蓄水工程數量對農業抗旱有積極效果。地方農業財政支出受地方財政收入影響，在地區受到干旱災害時，地區對農業財政支出依賴度將顯著提高。而地方農業財政支出主要用于地區農業水利工程設施的建設、地區抗旱救災政策的制定與實施。

表3為農業抗旱能力及子系統排名前3地區，抗旱能力最強的城市均集中在沿海區域（日照市、煙臺市、濰坊市），水資源豐富；農業生產技術能力排名前3的城市為煙臺市、濰坊市、棗莊市，這些城市農業技術較發達，具有較強的節水能力；預防能力體現城市在抗旱的投入、裝備數量上，預防能力強的城市為濰坊市、東營市、菏澤市；應急管理能力主要考驗地區農業管理效果與執行效率，具有較強應急管理能力的城市為聊城市、日照市、煙臺市；資源保障能力強的城市集中于山東省經濟強市（青島市、濟南市、淄博市）。

3.2.3 農業旱災綜合評估 由表4可知，農業旱災綜合評估排名前3的城市為煙臺市、日照市、青島市，農業旱災綜合評估值分別為2.90、2.87、2.86。山東省經濟發達區域集中在沿海地區，這些地區有充足的技術、物資、人才及財政支持，農業抗旱減災能力強。而對于雨水貧瘠、經濟較弱區域，農業抗旱減災能力較差，集中在德州市、濟寧市、東營市等城市。由此可見，要提升這些地區抗旱減災能力，需要從財政投入、農業技術、應急管理等方面入手，確保地區農業的科學化發展。

4 小結與建議

4.1 加強農業風險管控

農業風險包含了旱災、水災、高溫、病蟲害、人為因素等，這些農業風險因素均會導致農業生產減產，造成大量經濟損失。因此，各地區應該加強農業風險預警，包括從知識層面、技術層面及裝備層面入手，加強知識傳授、提升農業管理技術，進而降低旱害風險。

4.2 大力發展節水灌溉工程

山東省是能源、資源大省，同樣也是水資源稀缺大省。由于山東省各地區地質結構、環境等差異、導致不少地區存在缺水、浪費水的問題。因此，各地區應該積極建設節水灌溉工程，加大地方農業財政投入，包括建設更多的水利灌溉系統，積極發展水滴灌溉、膜上灌溉、低壓管灌溉等。從源頭上節約水資源，提升水資源的整體利用效果。

4.3 推進現代農業技術的應用

山東省由于經濟、水文地質條件等因素影響，不同地區之間的農業生產計劃存在較大差異。尤其是臨海區域與內陸水資源貧瘠地區，不僅在農業生產技術上全面落后，同時在現代農業裝備、農業資金投入上也顯著低于經濟發達地區。考慮到這些因素，山東省各地區應該根據地區農業發展現狀、災害特征，定制科學的抗災管理制度與應急管理條例。在政府資金支持下，積極發展現代農業，提升農業機械化水平，種植耐旱、抗凍、抗病等作物。實施科學農業管理等，提升地區農業抗旱減災能力。

參考文獻：

［1］ 鄧 玲，李學敏，張思遠.暴雨災害氣象防災減災服務效益評估指標體系研究［J］.湖北農業科學，2021，60（17）：188-193.

［2］ 李 勤，張 強，黃慶忠，等.中國氣象農業非參數化綜合干旱監測及其適用性［J］.地理學報，2018，73（1）：67-80.

［3］ 金菊良，孔令茹，崔 毅，等.基于五元半偏減法集對勢的區域農業旱災脆弱性評價［J］.農業機械學報，2022，53（1）：340-348.

［4］ 趙婭君，鄭粉莉，姚亞慶，等.1978—2018年我國農業氣象災害時空變化特征［J］.自然災害學報，2022，31（1）：198-207.

［5］ 鄒俊麗， 崔兆韻， 徐 祎，等. 黃淮海地區不同播期夏玉米籽粒脫水過程和產量形成的比較［J］. 中國農業氣象， 2022， 43（2）：112-123.

［6］ 施晨曉，陳珍莉，劉霄燕，等.海南島土壤體積含水量變化規律及其與氣候因子的關系［J］.貴州農業科學，2019，47（9）：142-149

［7］ 高雅文，鄧可楠，張 月，等.基于農業旱澇指標的湖北省棉花生育期內旱澇急轉特征分析［J］.灌溉排水學報，2021，40（2）：101-110.

［8］ FRANCO-NAVARRO J D， D?AZ-RUEDA P， RIVERO-N??EZ C M， et al. Chloride nutrition improves drought resistance by enhancing water deficit avoidance and tolerance mechanisms［J］.Journal of experimental botany， 2021， 72（14）： 5246-5261.

［9］ 陳燕麗，黃思琦，莫建飛，等.基于CLDAS數據的甘蔗干旱監測評估標準對比——以2011年廣西干旱為例［J］.干旱氣象，2020，38（2）：188-194.

［10］ 王惠貞，唐紅艷，韓 雪，等.內蒙古大豆秋季霜凍風險指數分析及災害風險區劃研究［J］.中國農業資源與區劃，2022，43（2）：23-32.

［11］ 王潤紅，茹曉雅，蔣騰聰，等.基于物候模型研究未來氣候情景下陜西蘋果花期的可能變化［J］.中國農業氣象，2021，42（9）：729-745.

［12］ 楊小利，周 嘉，周安寧，等.甘肅東部蘋果多災種氣象災害綜合風險評估［J］.中國農業氣象，2021，42（6）：518-529.

［13］ 李 娜，霍治國，錢錦霞，等.山西省干旱災害風險評估與區劃［J］.中國農業資源與區劃，2021，42（5）：100-107.

［14］ ZHAO F，LEI J，WANG R， et al. Determining agricultural drought for spring wheat with statistical models in a semi-arid climate［J］.Journal of agricultural meteorology， 2018， 74（4）：162-172.

［15］ 王曉東，陳金華，陳 曦，等.淮河流域農田旱澇逐日監測指標優化及適用性分析［J］.農業工程學報，2021，37（23）：117-126.

［16］ 郭安紅，李召祥，何 亮，等.東北地區不同降水保證率下玉米水分虧缺和干旱強度分析［J］.干旱地區農業研究，2020，38（1）：266-273.

［17］ 蘇 敏，岳大鵬，趙景波，等.山東省近55年來極端降水的時空變化與災害效應研究［J］.江西農業學報，2020，32（7）：90-98.

［18］ 王 芳，王春乙，鄔定榮，等.近30年中美玉米帶生長季干旱特征的差異及成因分析［J］.中國農業氣象，2018，39（6）：398-410.

［19］ 王靜愛，商彥蕊，吳瑤瑤，等.區域農業旱災綜合風險防范：從脆弱性、恢復性、適應性到凝聚力［J］.河北師范大學學報（自然科學版），2021，45（4）：400-409.

［20］ 朱海棠，童 忠，郝宏飛.新疆哈密市棉花生育期內氣象災害類型及影響［J］.中國棉花，2019，46（7）：44-46.

［21］ 呂建功.鄉村振興背景下山東省蘋果產業鏈優化措施［J］.食品研究與開發，2022，43（9）：227-228.